Transformator olejowy typu ONAN: zasada działania, zastosowania oraz kluczowe zalety

Czym jest olejowy transformator z chłodzeniem ONAN? Poznaj zasadę działania chłodzenia naturalnego, zastosowania przemysłowe i w dystrybucji energii elektrycznej, zalety oraz podstawowe specyfikacje techniczne przeznaczone do wdrożenia w sieciach elektroenergetycznych.

Wśród wszystkich klas chłodzenia transformatorów elektrycznych i transformatorów elektrycznych transformator zanurzony w oleju typu ONAN pozostaje najbardziej powszechnym i najbardziej opłacalnym rozwiązaniem dla światowych sieci energetycznych. Jako skrót od Oil Natural Air Natural (olej naturalny, powietrze naturalne) ONAN oznacza pasywny sposób chłodzenia urządzeń rozdzielczych zanurzonych w oleju, który opiera się całkowicie na naturalnej konwekcji bez dodatkowych wentylatorów lub pomp olejowych. Typowe transformatory ONAN są szeroko stosowane przy produkcji komercyjnych transformatorów rozdzielczych i dominują w zastosowaniach związanych z zaopatrzeniem w energię elektryczną w miastach i na obszarach wiejskich dzięki prostej budowie, bardzo niskim kosztom konserwacji oraz doskonałej stabilności pracy. Niniejszy przewodnik SEO szczegółowo omawia zasadę działania, kluczowe elementy konstrukcyjne, zakres zastosowań oraz zalety i wady transformatorów zanurzonych w oleju typu ONAN, wspierając inżynierów elektryków i operatorów sieci energetycznych w wyborze odpowiednich transformatorów rozdzielczych.

Czym jest transformator zanurzony w oleju typu ONAN?

Transformator olejowy typu ONAN to kategoria uszczelnionych transformatorów zasilanych olejem, w których odprowadzanie ciepła odbywa się za pomocą podwójnej konwekcji naturalnej: naturalnego przepływu oleju wewnątrz zbiornika oraz naturalnego odprowadzania ciepła przez powietrze na zewnętrznych radiatorach. W przeciwieństwie do transformatorów chłodzonych wymuszonym przepływem (np. typu ONAF lub OFAF), transformator ONAN nie zawiera żadnych ruchomych części mechanicznych, takich jak wentylatory chłodzące czy pompy cyrkulujące olej.

Jest to podstawowy układ chłodzenia stosowany w transformatorach rozdzielczych o małej i średniej mocy. Większość standardowych transformatorów elektroenergetycznych po stronie sieci o mocy do 5 MVA wykorzystuje układ chłodzenia ONAN, który doskonale łączy w sobie właściwości izolacyjne, wydajność chłodzenia oraz niezawodność eksploatacyjną.

Zasada działania transformatora olejowego typu ONAN

Logika działania transformatora olejowego typu ONAN łączy zasadę indukcji elektromagnetycznej i prawo naturalnej konwekcji cieplnej, co można podzielić na dwa elementy: przekształcanie energii elektromagnetycznej oraz bierną dyssypację ciepła. Cały cykl obiegu odbywa się automatycznie bez zewnętrznego źródła zasilania.

1. Zasada przekształcania elektromagnetycznego

Zgodna z tradycyjnym mechanizmem działania transformatorów elektrycznych: prąd przemienny przepływa przez uzwojenia pierwotne i generuje w jądrze z blach elektrotechnicznych przemienny strumień magnetyczny. Strumień ten sprzęga uzwojenia wtórne i indukuje docelowe napięcie wyjściowe poprzez odpowiednie dobrane stosunki liczby zwojów. W trakcie przekształcania energii straty w rdzeniu oraz straty miedziowe w uzwojeniach generują ciągle duże ilości ciepła, które są główną przyczyną wzrostu temperatury transformatora.

2. Zasada biernego chłodzenia typu ONAN (mechanizm podstawowy)

Olej izolacyjny transformatora pełni jednocześnie funkcję medium chłodzącego i materiału izolacyjnego dielektrycznego, zapewniając zamknięty obieg naturalny wewnątrz zbiornika:

• Pochłanianie ciepła olej izolacyjny otaczający gorące uzwojenia i rdzeń magnetyczny natychmiast pochłania ciepło generowane w trakcie pracy, co prowadzi do obniżenia gęstości oleju i wzrostu jego temperatury.

• Naturalna cyrkulacja oleju gorący olej o niższej gęstości unosi się spontanicznie w górę i przepływa do zewnętrznych radiatorów odprowadzających ciepło; zimny olej znajdujący się na dnie zbiornika transformatora uzupełnia obszar nagrzewania, wypełniając powstałą lukę.

• Odprowadzanie ciepła przez otoczenie gorący olej przepływa powoli wewnątrz żeber radiatora, a naturalny przepływ powietrza otoczenia odprowadza ciepło z powierzchni bez konieczności stosowania wentylacji wymuszonej.

• Cykliczne resetowanie ochłodzony olej izolacyjny opuszcza się na dno zbiornika i ponownie styka się z elementami generującymi ciepło, tworząc samopowtarzający się, zamknięty cykl konwekcji.

Podstawowe komponenty wspierające wydajność chłodzenia ONAN

Stabilna praca w trybie ONAN zależy od zoptymalizowanego projektu sprzętowego transformatora elektrycznego; wszystkie komponenty są dopasowane do wymagań rozproszenia ciepła w scenariuszach dystrybucji:

• Serduшка z blachy krzemowej warstwowej : Zmniejsza straty histerezy magnetycznej, ogranicza nadmiarowe generowanie ciepła i obniża obciążenie systemu chłodzenia ONAN

• Uzwijania kompozytowe miedziowo-aluminiowe : Przewody o niskim oporze przewodzące zmniejszają straty miedziowe i zapobiegają lokalnemu przegrzewaniu transformatora elektrycznego

• Radiatory faliste : Zwiększają powierzchnię odprowadzania ciepła i wzmacniają skuteczność naturalnej konwekcji powietrza w trybie ONAN

• Olej izolacyjny o wysokiej wytrzymałości dielektrycznej : Łączy funkcje chłodzenia, izolacji i ochrony przed wilgocią, zapobiegając awariom zwarciowym w sieci dystrybucyjnej

Zakres zastosowania transformatora olejowego typu ONAN

Ze względu na ograniczoną wydajność chłodzenia naturalnego transformator olejowy typu ONAN stosowany jest głównie w małych i średnich instalacjach energetycznych. Obejmuje on większość potrzeb związanych z dystrybucją energii w budownictwie mieszkaniowym i przemyśle, stanowiąc najbardziej powszechnie stosowany transformator rozdzielczy na całym świecie.

1. Dystrybucja energii w miastach dla odbiorców mieszkaniowych

W stacjach transformatorowych typu „kasetowych” oraz szafach rozdzielczych przy drogach preferuje się transformatory olejowe typu ONAN. Cicha praca bez hałasu wentylatorów sprawdza się w środowisku mieszkaniowym; uszczelniona konstrukcja zbiornika oleju zapobiega wyciekom i zanieczyszczeniom. Transformator ten realizuje zadania obniżenia napięcia średniego i niskiego do poziomu stosowanego w gospodarstwach domowych i stanowi ponad 70% wszystkich transformatorów elektrycznych instalowanych w miejskiej sieci energetycznej.

2. Budowa sieci energetycznej w obszarach wiejskich

Stacje elektroenergetyczne w obszarach wiejskich nie posiadają wspomagających urządzeń zasilania pomocniczego i chłodzenia. Transformator elektryczny typu ONAN dostosowuje się do surowych zmian temperatury na zewnątrz, wymaga praktycznie codziennej konserwacji i nadaje się do projektów zaopatrzenia w energię w odległych górskich i pasterskich regionach. Jego odporność na kurz i wilgoć poprawia stabilność sieci w obszarach podmiejskich.

3. Lekkie strefy przemysłowe

W warsztatach produkcyjnych, parkach logistycznych oraz fabrykach przetwórstwa spożywczego o stabilnym obciążeniu energetycznym stosuje się transformator rozdzielczy typu ONAN. Dla stałych obciążeń przemysłowych bez częstych szczytowych przeciążeń chłodzenie bierna zapewnia długotrwałą pracę ciągłą i redukuje koszty eksploatacji energii w zakładach przemysłowych.

4. Projekty infrastruktury publicznej

ONANowy transformator olejowy znajduje szerokie zastosowanie w szpitalach, elektrowniach kampusowych, systemach zasilania pomocniczego linii kolejowych oraz sieciach oświetlenia miejskiego. Brak wibracji mechanicznych i niskie prawdopodobieństwo awarii gwarantują nieprzerwane zasilanie kluczowych obiektów publicznych, eliminując ryzyka bezpieczeństwa wynikające z awarii urządzeń aktywnego chłodzenia.

5. Terminaly do zbierania energii odnawialnej

Małoskalowe elektrownie słoneczne oraz rozproszone terminaly dostępu do energii wiatrowej wykorzystują transformatory olejowe typu ONAN. Prosta konstrukcja odpowiada warunkom przyłączenia rozproszonej nowej energii do sieci, co obniża poziom technicznych wymagań dotyczących budowy i przyłączenia do sieci.

ONAN vs ONAF: Porównanie kluczowych trybów chłodzenia

Inżynierowie elektrycy często mylą transformatory olejowe typu ONAN i ONAF. Poniższe porównanie wyjaśnia scenariusze zastosowania dla systemów dystrybucji energii transformator wybór:

Kluczowe zalety transformatorów olejowych typu ONAN

• Niezwyczajnie wysoka niezawodność : Brak elementów wirujących, niskie ryzyko awarii mechanicznych, żywotność transformatora rozdzielczego wynosząca 25–30 lat

• Cicha praca : Brak hałasu generowanego przez wentylatory, przyjazne dla środowiska w obszarach o dużej gęstości zaludnienia

• Niskie koszty eksploatacji i konserwacji : Brak zużycia mocy pomocniczej, oszczędność na opłatach za energię elektryczną oraz na kosztach konserwacji mechanicznej

• Silna zdolność dostosowania do warunków środowiskowych : Odporność na wysokie temperatury, kurz i wilgotne warunki pogodowe, odpowiednie do zastosowania na zewnątrz w sieciach energetycznych

• Prosty montaż : Brak dodatkowych rurociągów chłodzących i okablowania zasilającego, skrócenie cyklu budowy sieci rozdzielczych

Najczęściej zadawane pytania

Pytanie 1: Co oznacza skrót ONAN w przypadku transformatorów?

ONAN oznacza Olej Naturalny – Powietrze Naturalne, pasywną klasę chłodzenia stosowaną wyłącznie w transformatorach elektrycznych zanurzonych w oleju. Odnosi się do odprowadzania ciepła za pomocą naturalnej konwekcji oleju izolacyjnego i otaczającego powietrza.

Pytanie 2: Czy transformator zanurzony w oleju typu ONAN nadaje się do zastosowań przemysłowych?

Jest odpowiedni dla lekkich zastosowań przemysłowych przy stabilnym obciążeniu. W przypadku ciężkiego przemysłu z częstymi przeciążeniami inżynierowie powinni wybrać transformator rozdzielczy z wymuszonym chłodzeniem powietrzem (ONAF).

Pytanie 3: Czy transformator ONAN wymaga codziennej konserwacji?

Wystarczająca jest coroczna kontrola jakości oleju oraz czyszczenie radiatora z pyłu. W porównaniu z transformatorami elektrycznymi z aktywnym chłodzeniem zmniejsza to obciążenie związane z codzienną konserwacją o ponad 60%.

Podsumowanie

Jako podstawowy typ chłodzenia transformatorów olejowych, transformator olejowy typu ONAN wykorzystuje czystą konwekcję naturalną do uzyskania równowagi między odprowadzaniem ciepła a wydajnością przekształcania napięcia. Dzięki prostej zasadzie działania, niskim kosztom oraz wysokiej stabilności pozostaje preferowanym rozwiązaniem w globalnych projektach transformatorów rozdzielczych o niskim i średnim napięciu, obejmujących zastosowania w sektorach mieszkaniowym, wiejskim, miejskim oraz w rozproszonych systemach nowej energii. Dla zespołów elektrycznych dążących do minimalizacji awarii i zapewnienia długotrwałej pracy sieci, standaryzowane transformatory rozdzielcze typu ONAN są zawsze najbardziej opłacalnym wyborem sprzętu energetycznego.